一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，特别是涉及一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法。

背景技术

模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)，如图1所示，具有结构模块化、低谐波和低开关频率的特点，已成为最具吸引力的大功率高压变换器拓扑之一。基于MMC的高压直流输电系统(MMC based high voltage DC transmission,MMC-HVDC)是大规模新能源友好并网和可靠送出的有效解决方案，其发展方兴未艾。

MMC换流站并网系统，如图2所示，其稳态运行范围主要受以下几个因数限制：桥臂电流峰值、子模块电容电压纹波、调制比和桥臂电压输出能力等。其中，桥臂电流峰值限制了IGBT等功率器件在其安全工作区(Safe Operating Area,SOA)内安全可靠运行的峰值电流，超过此电流阈值会增加IGBT模块因过流而发生故障的可能性。通过控制的方式降低流过功率器件的最大电流值，使得换流站在不减小电流裕量或者不超过最大集电极电流的情况下具有更高的功率处理能力，是一种更具经济性的做法。

MMC的相单元中存在环流是其固有特性，二次和四次谐波分量是环流的主要成分。现有研究可以通过控制MMC的二倍频环流、四倍频环流来降低桥臂电流的峰值，但是需要额外增加子模块电容的容值来降低子模块电容电压的纹波。因此，需要研究MMC的二倍频、四倍频环流的控制，实现在不增加子模块电容值的情况下降低MMC的桥臂电流峰值。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提出了一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法，通过控制MMC的二倍频、四倍频环流，实现在不增加子模块电容值的情况下降低MMC的桥臂电流峰值。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统，包括电压/功率和电流控制模块、二倍频环流控制模块及四倍频环流控制模块；所述电压/功率和电流控制模块，用于生成三相调制电压参考值e

一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统的控制方法，所述电压/功率和电流控制模块采用如下控制方法：

直流电压参考值U

所述二倍频环流控制模块采用如下控制方法：三相的二倍频环流i

所述四倍频环流控制模块采用如下控制方法：三相的四倍频环流i

所述三相调制电压参考值e

作为本发明的优选技术方案：所述二倍频环流d轴、q轴分量的参考值i

其中，i

作为本发明的优选技术方案：所述四倍频环流d轴、q轴分量的参考值i

其中，i

作为本发明的优选技术方案：所述三相的二倍频环流i

其中，i

作为本发明的优选技术方案：所述三相的四倍频环流i

其中，i

本发明相比于现有技术，本发明提出了一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法的有益效果为：

本发明提供的一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法，利用二倍频和四倍频环流注入来减小MMC桥臂电流峰值；兼顾了桥臂电流峰值的降低与电容电压纹波的增加幅度，在不增加子模块电容值的情况下可以降低桥臂电流的峰值。

附图说明

图1为现有技术——MMC换流站的拓扑结构图；

图2为现有技术——MMC换流站并网系统的等效结构图；

图3为本发明一实施例——一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法框图；

图4为本发明一仿真实施例——一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法的仿真波形。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，通过参考附图描述的示例仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参见附图3，一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统，包括电压/功率和电流控制模块、二倍频环流控制模块及四倍频环流控制模块；所述电压/功率和电流控制模块，用于生成三相调制电压参考值e

一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统的控制方法，所述电压/功率和电流控制模块采用如下控制方法：

直流电压参考值U

所述二倍频环流控制模块采用如下控制方法：三相的二倍频环流i

所述四倍频环流控制模块采用如下控制方法：三相的四倍频环流i

所述三相调制电压参考值e

所述二倍频环流d轴、q轴分量的参考值i

其中，i

所述四倍频环流d轴、q轴分量的参考值i

其中，i

所述三相的二倍频环流i

其中，i

所述三相的四倍频环流i

其中，i

参见附图4，本发明一仿真实施例——一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法的仿真波形，其中1s前MMC控制环路中没有附加本申请提供的降低MMC桥臂电流峰值的控制方法，1s后加入本申请提供的降低MMC桥臂电流峰值的控制方法；从图4中可以看出，在加入本申请提供的降低MMC桥臂电流峰值控制方法后，桥臂电流峰值由3.69降低到2.95，桥臂电流峰值降幅接近20％；在不增加子模块电容值的情况下，子模块电容电压的纹波仍然低于10％，满足工程要求；图4所示的仿真结果说明了采用本申请提供的降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法，在不增加子模块电容值的情况下可以降低桥臂电流的峰值。

模块化多电平变换器的桥臂电流峰值限制了IGBT等功率器件在其安全工作区内安全可靠运行的峰值电流，超过此电流阈值会增加IGBT模块因过流而发生故障的可能性。因此，通过控制的方式降低流过功率器件的最大电流值具有重要意义。

本发明提供的一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法，利用二倍频和四倍频环流注入来减小MMC桥臂电流峰值；兼顾了桥臂电流峰值的降低与电容电压纹波的增加幅度，在不增加子模块电容值的情况下可以降低桥臂电流的峰值。

以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。